Сцепленное наследование генов

Томас Хант Морган (1866-1945г.) американский биолог-генетик
В 1910г. экспериментально доказал закономерности наследования генов, находящихся в одной хромосоме (закон сцепленного наследования генов)
Положил начало хромосомной теории наследственности
Мутации считал аномалиями, полученными в эксперименте и не встречающимися в природе
" Общая биология" Биотехнология

Объект изучения-мушки дрозофилы
Неприхотливы в содержании
Содержат в генотипе четыре пары хромосом
Легко проследить изменение признаков у гибридов
Размножаются через две недели
(короткий цикл жизни 10 дней)
Легкая доступность ( самое дешёвое из лабораторных животных)
Большое количество потомков( 600 от одной пары)
" Общая биология" Биотехнология

Дигибридное скрещивание мушек дрозофил
" Общая биология" Биотехнология

Генетическая схема дигибридного скрещивания мушек дрозофил
" Общая биология" Биотехнология

Анализирующее скрещивание на самца
Выводы:
- произошло расщепление 1:1; следовательно неизвестный генотип самца гетерозиготный
- образовались организмы похожие на родителей, т. е. нет никаких новых комбинаций генов ,а значит нет кроссоверных гамет (нет кроссинговера)
- у самца дрозофилы- полное сцепление генов
Некроссоверные гаметы — гаметы, в процессе образования которых кроссинговер не произошел.
Кроссоверные гаметы — гаметы, в процессе образования которых произошел кроссинговер. Как правило, кроссоверные гаметы составляют небольшую часть от всего количества гамет.
" Общая биология" Биотехнология

Анализирующее скрещивание на самку
Выводы:
- у самки дрозофилы образуется четыре типа гамет, из которых 17% кроссоверные гаметы (есть кроссинговер)
- сцепление между генами неполное
" Общая биология" Биотехнология

Выводы Т. Моргана
Гены длины крыльев и цвета тела (В и V) расположены в одной хромосоме;
Эти гены наследуются совместно(сцеплено);
Сцепление между генами может быть полное (как у самца) и неполное (как у самки);
Причиной нарушения сцепления служит кроссинговер в профазе первого мейотического деления
Причина возникновения новых гамет заключается в перекресте гомологичных хромосом и обмене равными участками между ними (кроссинговер)
Частота ( процент) перекреста между двумя сцепленными генами зависит от расстояния между ними в хромосоме.
Чем ближе расположены гены в хромосоме, тем теснее сцепление между ними и тем реже они разделяются при перекресте и наоборот.
Следовательно о расстоянии между генами в хромосоме можно судить по частоте перекреста
" Общая биология" Биотехнология

Общие выводы
Группы генов, расположенные в одной хромосоме, называются группой сцепления
Гены ,расположенные в одной хромосоме, наследуются совместно или сцепленно
Сцепленные гены расположены в хромосоме в линейном порядке
Число групп сцепления равно числу пар хромосом, т.е. гаплоидному числу хромосом
Между гомологичными хромосомами возможен кроссинговер и его процент определяется расстоянием между генами
" Общая биология" Биотехнология

Закон Т. Моргана (закон сцепленного наследования генов, локализованных в одной хромосоме)
Гены расположенные в одной хромосоме наследуются совместно (сцеплено).Сцепление не абсолютно, а зависит от расстояния между генами.(чем ближе гены тем больше сцепление).
1 морганида—это минимальная единица расстояния между генами равная 1% кроссоверных гамет от общего числа особей. Если % кроссоверных гамет 50 и более процентов, то гены наследуются несцепленно, т. е. они лежат в разных хромосомах..
" Общая биология" Биотехнология

Основные положения хромосомной теории наследственности
1. гены локализуются в хромосомах, число их в разных хромосомах различно;
2.каждый ген в хромосоме занимает определенное место (локус);
3.по длине хромосомы гены располагаются линейно;
4. гены, лежащие в одной хромосоме наследуются совместно и называются группой сцепления
5. число групп сцепления равно числу пар хромосом (гаплоидному набору)
6. между гомологичными хромосомами возможен обмен участками - кроссинговер
7.сила сцепления между генами обратно пропорциональна расстоянию между ними
" Общая биология" Биотехнология

Генетические карты
Генетической картой хромосомы называют схему взаимного расположения генов, находящихся в одной группе сцепления.
Для построения карты необходимо определить группу сцепления определенной хромосомы и установить расстояние между генами.
Определение группы сцепления осуществляется гибридологическим методом, т. е. путем изучения результатов скрещиваний. А расстояние между генами определяется % кроссоверных гамет, от общего числа особей
Пер­вая Г. к. х. бы­ла по­строе­на амер. ге­не­ти­ком А. Стёр­те­ван­том в 1913 для Х-хро­мо­со­мы дро­зо­фи­лы.
" Общая биология" Биотехнология

Наследование пола
Механизмы регуляции пола
1. воздействие условий окружающей среды—эпигамный способ полоопределения (морской кольчатый червь—Bonnelia)
2. условия развития яйцеклетки—прогамный способ полоопределения (коловратки и кольчатые черви)
3.определяется хромосомным составом (у большинства животных)
" Общая биология" Биотехнология

Термины
Аутосомы (от греч. Аutos- сам, сома- тело)- неполовые хромосомы, одинаковые у самца и самки.
Гетеросомы (от греч. «хетерос» - другой, иной, «сома» - тело) - половые хромосомы, по которым самец отличается от самки, или мужской организм от женского.
Гомогаметный пол – (от греч. «хомос» - одинаковый, «гаметес» - супруг) – пол, который продуцирует один сорт гамет – ХХ.
Гетерогаметный пол – (от греч. «гетерос» - другой, иной, «гаметес» - супруг) - пол, который продуцирует два разных сорта гамет – ХУ.
" Общая биология" Биотехнология

Определение пола у человека
У человека пол—признак комплексный, наследуется полигенно
--аутосомы ( 22 пары одинаковые по форме и величине, но разные по происхождению ♀и♂)
--половые хромосомы—гоносомы
Х—средняя субметацентрическая, содержит более 150 генов из них кодирующие соматические признаки и кодирующие половые признаки
У—очень мелкая,акроцентрическая, генетически инертная .
" Общая биология" Биотехнология

Хромосомное определение пола у человека
В гоносомах комплекс генов кодирует первичные половые признаки—железы(семенники,яичники) и наружные половые органы. Вторичные половые признаки вырабатываются под действием гормонов желез (голом, оволосение, распределение подкожной жировой клетчатки, форма скелета и т. д.)
У человека полное доминирование У хромосомы над Х, поэтому :
кариотип женщины: ХХ (гомозиготное состояние)
кариотип мужчины: ХУ(гетерозиготное состояние)
Например: Синдром Клайнфельтера—ХХУ( У подавляет действие Х) ХХХУ—все равно мужской пол
" Общая биология" Биотехнология

Определение пола у животных
У дрозофилы У хромосома неактивная, поэтому пол зависит от соотношения аутосом к Х хромосомам.
Если соотношение Х/Аутосомы==1--♀особи;
Если соотношение Х/Аутосомы==0,5--♂особи
Если промежуточное значение от 0,5 до 1—развиваются интерсексы, имеющие проявление признаков обоих полов( дозовый эффект генов)
У птиц, бабочек, пресмыкающихся: ♀пол гетерогамный ХW (ZW)
♂пол гомогаметный ХХ (ZZ)
У клопов, тараканов: ♀пол гомогаметный ХХ
♂пол моногаметный Х0 (нет второй хромосомы)
У пчел , муравьев —пол определяется плоидностью; пол потомства регулирует матка (♀пол диплоидный, ♂пол гаплоидный);
Например медоносная пчела: ♂пол—16 хромосом, ♀пол—32 хромосомы
" Общая биология" Биотехнология

Наследование, сцепленное с полом
Гены, расположенные в половых хромосомах и отвечающие за развитие соматических признаков наследуются сцеплено с полом
Различают 3 группы генов:
1.аллельные гены расположенные в Х и У хромосоме
2.голландрические – гены, расположенные в У хромосоме и не имеющие аллеля в Х
3.гемизиготные—только в Х хромосоме, в У нет аллеля
" Общая биология" Биотехнология

Аллельные гены расположенные в Х и У хромосоме
Например:
а) признаки определяемые рецессивными генами
--общая цветовая слепота (отсутствие цветового зрения)
--пигментная ксеродерма (под влиянием УФ лучей на открытых частях тела появляются пигментированные пятна, готорые постепенно преобразуются в папиломмы, а затем в опухоли).
б) признаки определяемые доминантными генами:
-- геморрагический диатез (доминантный ген—кровоточивость, рецессивный ген—норма)
-- судорожные расстройства (доминантный ген—судороги, , рецессивный ген—норма)
Эти признаки с равной вероятностью встречаются у лиц ♀и ♂пола и наследуются по менделеевским законам.
" Общая биология" Биотехнология

Голландрические гены, расположенные в У хромосоме
Гипертрихоз мочки уха
Ихтиоз
Перепонка между 2 и 3ем пальцами на стопе
Ген находится в У хромосоме всегда в гемизиготном состоянии и поэтому всегда проявляется
Признаки У- сцепленного типа наследования:- передаются только по мужской линии сыновьям (голландрическое наследование); дочери всегда здоровы, т.к. никогда не получают У- хромосому
" Общая биология" Биотехнология

Примеры Х- сцепленного доминантного типа наследования
Коричневая окраска эмали зубов
Характерные признаки Х- сцепленного доминантного типа наследования:
- заболевание прослеживается в каждом поколении
если болен отец, то все дочери будут больными, а сыновья – здоровыми
если мать больна, то вероятность рождения больного ребенка равна 50% независимо от пола
болеют как мужчины, так и женщины
" Общая биология" Биотехнология

Примеры Х- сцепленного рецессивного типа наследования
Миопатия Дюшена (атрофия мышечных волокон)
Дальтонизм ( не различает красный и зеленый цвет)
Гемофилия (несвертываемость крови)
Атрофия зрительного нерва
Характерные признаки Х- сцепленного рецессивного типа наследования:
- болеют преимущественно мужчины
- больные дети рождаются от фенотипически здоровых родителей
- мать больного является гетерозиготной носительницей соответствующего гена
- больные мужчины не передают заболевание сыновьям, но все дочери- носительницы соответствующего гена
" Общая биология" Биотехнология

Наследование, ограниченное полом
Признаки, ограниченные полом обусловлены генами, расположенными в аутосомах обоих полов, но проявляющиеся только у одного пола
Например: только у женщин:
гены, определяющие ширину таза женщины (наследуются от ♂ и ♀,но проявляются только у ♂)
гены, определяющие возраст полового созревания девочек (у ♂ имеются тоже)
гены, отвечающие за количество и распределение волосяного покрова на теле
" Общая биология" Биотехнология

Признаки, контролируемые полом
" Общая биология" Биотехнология
Проявление признаков, контролируемых полом, обусловлена половыми гормонами
--у ♂раннее облысение—признак доминантный, он проявляется у доминантных гомозигот АА, и у гетерозигот Аа,а у ♀--признак рецессивный (аа),поэтому лысых мужчин гораздо больше.
--подагра: у ♂ она фенотипически проявляется чаще, а у ♀ реже
Раннее облысение
Подагра

ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА
Ф. Гальтон впервые выделил наследственность человека как самостоятельный предмет исследования в 1865 г.
Генетика человека - раздел общей генетики, изучающий особенности наследования признаков у человека, наследственные заболевания (медицинская генетика), генетическую структуру популяций человека
Генетика человека является теоретической основой современной медицины и современного здравоохранения
Главная цель: разработка путей сохранения, продления и оздоровления жизни человека, а также вы явление его истинных способностей
" Общая биология" Биотехнология

Методы изучения генетики человека
генеалогический;
близнецовый;
цитогенетический;
биохимический;
популяционно-статистический;
метод дерматоглифики;
молекулярно-генетический;
гибридизация ДНК;
метод соматической гибридизации (клонирование,селекция)
" Общая биология" Биотехнология

Ге­не­а­ло­ги­че­ский метод
Ос­но­ван: на со­став­ле­нии ро­до­слов­ной че­ло­ве­ка и изу­че­нии ха­рак­те­ра на­сле­до­ва­ния при­зна­ка (ис­сле­до­ва­ние ген­ных му­та­ций)
Суть метода : уста­нов­ле­ние ро­до­слов­ных свя­зей (путем опроса) и опре­де­ле­ние до­ми­нант­ных и ре­цес­сив­ных при­зна­ков и ха­рак­те­ра их на­сле­до­ва­ния
Значение метода: ис­поль­зу­ет­ся для ди­а­гно­сти­ки на­след­ствен­ных за­бо­ле­ва­ний и ме­ди­ко-ге­не­ти­че­ско­го кон­суль­ти­ро­ва­ния(по ха­рак­те­ру на­сле­до­ва­ния опре­де­ля­ет­ся ве­ро­ят­ность рож­де­ния ре­бен­ка с ге­не­ти­че­ски­ми ано­ма­ли­я­ми)
" Общая биология" Биотехнология

Основные типы наследования признаков
1.Аутосомно- доминантный тип наследования (ген находится в аутосоме, является доминантным)
2.Аутосомно- рецессивный тип наследования (ген находится в аутосоме, является рецессивным)
3. Х- сцепленный доминантный тип наследования ( ген находится в Х хромосоме, является доминантным)
4. . Х- сцепленный рецессивный тип наследования ( ген находится в Х хромосоме, является рецессивным)
5.У сцепленное наследование (ген находится в У хромосоме, всегда в гемизиготном состоянии, поэтому всегда проявляется)
" Общая биология" Биотехнология

Аутосомно- доминантный тип наследования
Синдром Марфина («паучьи» пальцы, аневризма аорты, подвывих хрусталика)
Полидактилия (шесть пальцев)
Брахидактилия (короткие пальцы)
Характерные признаки аутосомно- доминантного типа наследования:
- признаки проявляются в каждом поколении ( по вертикали)
- передача признаков (заболевания) от родителей детям
- оба пола поражаются с одинаковой частотой
" Общая биология" Биотехнология

Аутосомно- рецессивный тип наследования
Альбинизм (нарушение обмена аминокислот и синтеза пигмента меланина)
Характерные признаки аутосомно- рецессивного типа наследования:
- признаки проявляются не в каждом поколении (чаще при близкородственных браках)
больные дети рождаются от фенотипически здоровых родителей (носителей гена)
- оба пола наследуют признак с одинаковой частотой
" Общая биология" Биотехнология

Пенетрантность- это частота проявления гена среди носителей данного гена,
Пенетрантность представляет собой отношение особей , имеющих данный признак, к особям, имеющим данный ген; выражается в процентах
(например: пенетрантность синдрома Марфана- 30%)
Экспрессивность – это степень выраженности гена (учитывают при составлении родословной)
" Общая биология" Биотехнология

Условные обозначения ,используемые для составления родословной
Пробанд –человек, родословную которого изучают
" Общая биология" Биотехнология

Схема родословной с использованием условных обозначений (заболевание-гемофилия)
Ге­не­ти­че­ский метод чаще всего ис­поль­зо­вал­ся для мо­ни­то­рин­га таких ге­не­ти­че­ских за­бо­ле­ва­ний, как ге­мо­фи­лия или эпи­леп­сия. Он был наи­бо­лее ак­туа­лен вплоть до мо­ле­ку­ляр­но-био­ло­ги­че­ских от­кры­тий ХХ века.
" Общая биология" Биотехнология

Цитогенетический метод
Ос­но­ван: на ана­ли­зе ка­ри­о­ти­па кле­ток, то есть на изу­че­нии хро­мо­сом че­ло­ве­ка в норме и при па­то­ло­гии
Суть метода: включает экспресс- диагностику пола (определение Х и У хроматина) и кариотипирование - определение количества и качества хромосом с целью диагностики хромосомных болезней
Материал для исследования: клетки периферической крови (лимфоциты), клетки, полученные при биопсии хориона, или клетки слизистой оболочки ротовой полости и т.д.
Кариотипирование – это анализ фотокариограмм ( для анализа кариотипа хромосомы располагаются по группам в виде идиограммы)
" Общая биология" Биотехнология

Идиограммы человека
" Общая биология" Биотехнология

Цитогенетический метод (обнаружение синдрома Дауна)
Ци­то­ге­не­ти­че­ский метод – ка­ри­о­тип че­ло­ве­ка с син­дро­мом Дауна
" Общая биология" Биотехнология

Цитогенетический метод (обнаружение синдрома Кошачьего крика)
" Общая биология" Биотехнология

" Общая биология" Биотехнология

Близ­не­цо­вый метод
Основан : на изу­че­нии фе­но­ти­пов од­но­яй­це­вых близ­не­цов, ко­то­рые об­ла­да­ют оди­на­ко­вым ге­но­ти­пом
Суть метода: изу­че­ние фе­но­ти­пов од­но­яй­це­вых близ­не­цов (изу­ча­ют­ся и срав­ни­ва­ют­ся сте­пе­ни сход­ства - кон­кор­дант­ность и раз­ли­чий - дис­кор­дант­ность мо­но­зи­гот­ных и ди­зи­гот­ных близ­не­цов)
Значение метода: поз­во­ля­ет вы­явить роль ге­но­ти­па и фак­то­ров среды в фор­ми­ро­ва­нии при­зна­ка
" Общая биология" Биотехнология

Биохимический метод
Основан: на проведении биохимических исследований
Значение метода: поз­во­ля­ет вы­яв­лять фе­но­тип че­ло­ве­ка на био­хи­ми­че­ском уровне (на­ру­ше­ния в об­мене ве­ществ, вы­зван­ные из­ме­не­ни­ем генов и, как след­ствие, из­ме­не­ни­ем ак­тив­но­сти раз­лич­ных фер­мен­тов) и ди­а­гно­сти­ро­вать заболевания ( са­хар­ный диа­бет, фе­нил­ке­то­ну­рию и т.д.)
" Общая биология" Биотехнология

Мо­ле­ку­ляр­но-био­ло­ги­че­ский метод
Суть метода: изу­чает нук­лео­тид­ную по­сле­до­ва­тель­ность ДНК
Значение метода: поз­во­ля­ет уста­но­вить генетические и неге­не­ти­че­ские за­бо­ле­ва­ния ;дает ис­чер­пы­ва­ю­щую ин­фор­ма­цию о ге­но­ти­пе че­ло­ве­ка и поз­во­ля­ет де­лать вы­во­ды о его при­зна­ках и воз­мож­ных при­зна­ках его по­том­ков
" Общая биология" Биотехнология

Популяционно- статистический метод
Метод ос­но­ван: на сборе и ана­ли­зе ста­ти­сти­че­ских дан­ных о ча­сто­тах того или иного при­зна­ка , который рассчитывается по уравнению Харди- Вайнберга
Значение метода: дает ин­фор­ма­цию о рас­про­стра­нен­но­сти в по­пу­ля­ции из­мен­чи­вых при­зна­ков, их норме ре­ак­ции, об осо­бых груп­пах риска ге­не­ти­че­ских за­бо­ле­ва­ний или о ле­таль­но­сти этих при­зна­ков
" Общая биология" Биотехнология

" Общая биология" Биотехнология

По­пу­ля­ци­он­но- статистический метод – про­цент (ча­сто­та ал­ле­лей) групп крови
С по­мо­щью по­пу­ля­ци­он­но­го ме­то­да воз­мож­но про­гно­зи­ро­вать ко­ли­че­ство средств, необ­хо­ди­мых для ле­че­ния ге­не­ти­че­ских боль­ных.
" Общая биология" Биотехнология

Дерматоглифика
Дерматоглифика (гр. derma — кожа, gliphe — рисовать) — раздел антропологии, изучающий папиллярные линии и узоры на пальцах (дактилоскопия) ладонях (пальмоскопия) и подошвах ног (плантоскопия).
В 1892 г. Ф. Гальтон предложил классификацию этих узоров, позволившую использовать этот метод для идентификации личности в криминалистике.
Впервые дерматоглифический анализ был применен в генетике в 1939 году при описании характерных особенностей узоров на ладони при синдроме Дауна
Метод чрезвычайно прост
Дерматоглифические исследования имеют важное значение в определении зиготности близнецов, в диагностике некоторых наследственных заболеваний, в судебной медицине, в криминалистике для идентификации личности.
" Общая биология" Биотехнология

Особенности проявления дерматоглифических признаков больных с синдромом Дауна
1 - преобладание высоких ульнарных петель с низким гребневым счетом на пальцах; 2 - на IV и V пальцах кистей часто отмечаются радиальные петли; 3 - наличие рисунка на гипотенаре (петли или дуги); 4 - высокие осевые трирадиусы по типу t''; 5 - повышенная частота узоров тенара; 6 - повышенная частота узоров на 3-й межпальцевой подушечке; 7 - величина угла аtd выше 57 град; 8 - поперечная направленность главных ладонных линий; 9 - "четырехпальцевая" складка на ладони; 10 - одна сгибательная складка мизинца; 11 - Сиднеевская сгибательная складка.
" Общая биология" Биотехнология

Гибридизация ДНК, гибридизация нуклеиновых кислот
Гибридизация ДНК, гибридизация нуклеиновых кислот — соединение in vitro комплементарных одноцепочечных нуклеиновых кислот в одну молекулу
При полной комплементарности объединение происходит легко и быстро, а в случае частичной некомплементарности слияние цепочек замедляется, что позволяет оценить степень комплементарности.
Возможна гибридизация ДНК-ДНК и ДНК-РНК
" Общая биология" Биотехнология

Соматическая гибридизация
Термин "соматическая гибридизация" впервые предложен Г. Мельхерсом (1974)
При гибридизации на первом этапе образуются клетки, содержащие в цитоплазме ядра обеих родительских форм - гетерокарионы (продукты слияния генетически неидентичных клеток)
" Общая биология" Биотехнология

Особенности изучения генетики человека
Невозможность произвольного скрещивания
Позднее наступление половой зрелости
Небольшое число детей у большинства супружеских пар Невозможность уравнивания условий жизни для потомства
Сложный кариотип (много хромосом и групп сцепления)
Социальное неравенство
" Общая биология" Биотехнология